Le chinasi sono fondamentali nel metabolismo, nella segnalazione cellulare, nella regolazione delle proteine, nel trasporto cellulare, nei processi secretori e in molte altre vie cellulari.
Sono enzimi appartenenti alla classe delle transferasi che catalizzano reazioni di fosforilazione.
Il transfer del gruppo fosfato avviene da molecole ad alta energia a substrati specifici.
Un esempio è costituito dall’ATP che cede un gruppo fosfato ad un substrato con formazione di ADP e substrato fosforilato.
Proteine, lipidi, acidi nucleici e amminoacidi come serina, treonina e tirosina possono essere fosforilati grazie all’azione di questi enzimi. A seconda del substrato che è fosforilato si distinguono molti tipi di chinasi.
Protein-chinasi
Le protein-chinasi catalizzano la fosforilazione delle proteine che è un meccanismo centrale per la regolazione della funzione cellulare ed enzimatica. Gli organismi eucarioti possiedono due classi generali di protein- chinasi, quelle che trasferiscono il fosfato ai residui di serina e treonina e quelle che trasferiscono il fosfato a residui di tirosina. Dei 20 amminoacidi, solo serina, treonina e tirosina contengono il gruppo funzionale necessario per la fosforilazione.
La fosforilazione da parte delle protein-chinasi regola ogni attività delle cellule eucariote, come la proliferazione, l’espressione genica, il metabolismo, la motilità, il trasporto di membrana e l’apoptosi.
Chinasi ciclina-dipendente (CDK)
Le CDK sono una famiglia di enzimi multifunzionali che possono modificare vari substrati proteici coinvolti nella progressione del ciclo cellulare. In particolare esse fosforilano i substrati trasferendo gruppi fosfato dall’ATP a tratti specifici di amminoacidi presenti. Diversi tipi di cellule eucariote contengono diversi tipi e quantità di CDK. Ad esempio, il lievito ha un solo CDK, mentre i vertebrati ne hanno quattro diversi.
Come suggerisce il nome, le CDK richiedono la presenza di cicline per diventare attivi. Le cicline sono una famiglia di proteine che non hanno attività enzimatica propria ma attivano le CDK legandosi ad esse.
Le CDK devono trovarsi in un particolare stato di fosforilazione, con alcuni siti fosforilati e altri defosforilati, affinché avvenga l’attivazione. La corretta fosforilazione dipende dall’azione di altre chinasi e da una seconda classe di enzimi chiamati fosfatasi che sono responsabili della rimozione dei gruppi fosfato dalle proteine. Sono anche coinvolte nella regolazione della trascrizione, nell’elaborazione dell’mRNA e nella differenziazione delle cellule nervose.
Proteina chinasi attivata dal mitogeno (MAPK)
È un tipo di chinasi proteica che è specifico per amminoacidi serina e treonina. Regolano le funzioni cellulari tra cui proliferazione, espressione genica, differenziazione, mitosi, sopravvivenza cellulare e apoptosi
Carboidrati chinasi
Attivano un’ampia varietà di monosaccaridi aggiungendo un gruppo fosfato, solitamente dall’ATP. Utilizzano una strategia comune per guidare la reazione tra l’idrossile dello zucchero e il fosfato donatore. L’idrossile reattivo è deprotonato, solitamente da una catena laterale dell’acido aspartico che funge da base catalitica. L’idrossile deprotonato attacca quindi il fosfato donatore.
Sfingosina chinasi (SphK )
Danno luogo alla formazione della sfingosina-1-fosfato a partire dalla sfingosina che è amminoalcol insaturo. La sfingosina-1-fosfato svolge un ruolo importante nella regolazione di una varietà di processi biologici attraverso attività intracellulari ed extracellulari
Fosfoinositide 3-chinasi
Sono enzimi che trasducono i segnali intracellulari che sono in grado di fosforilare l’idrossile in posizione 3 presente sull’anello inositolico del fosfatidilinositolo fosfolipide nel quale è legata, con legame estereo, una molecola di inositolo al gruppo fosfato della testa polare. Sono enzimi coinvolti in complessi meccanismi cellulari come la crescita cellulare, la proliferazione, la differenziazione, la motilità e la sopravvivenza intracellulare
Riboflavina chinasi
Catalizza la fosforilazione della riboflavina per formare flavin-mononucleotide (FMN):
ATP + riboflavina → ADP + FMN + H+
Il FMN partecipa a numerosi processi in tutti gli organismi, compreso il trasporto di elettroni mitocondriali, la fotosintesi, l’ossidazione degli acidi grassi e il metabolismo della vitamina B6, vitamina B12 e folati.
Timidina chinasi
La timidina chinasi ha una funzione chiave nella sintesi del DNA e quindi nella divisione cellulare, in quanto fa parte della catena di reazione per introdurre la timidina nel DNA.